Nhiệm vụ gồm bốn môđun hay bộ phận:[18][19]

• Thiết bị đáp thu thập khoảng 2 kg (4,4 lb) mẫu vật từ 2 m (6 ft 7 in) dưới bề mặt[6] và đặt chúng vào thiết bị nâng để đưa lên quỹ đạo mặt trăng ngày 3 tháng 12 năm 2020.
• Thiết bị nâng thực hiện tiếp cận tự động và gắn với một thiết bị bay quanh quỹ đạo để chuyển vật mẫu vào một tàu con nhộng để quay lại Trái Đất.[5][20]
• Thiết bị quay thực hiện chuyến đi khoảng 4,5 ngày quay lại Trái Đất và thả con nhộng ngay trước khi đến nơi. Con nhộng nhảy khỏi khí quyển một lần trước khi trở lại.[3]
• Thiết bị nhận nhận mẫu vật từ thiết bị nâng và mang chúng trở lại Trái Đất.

Khối lượng phóng ước tính khoảng 8.200 kg (18.100 lb),[21] thiết bị đáp khoảng 1.200 kg (2.600 lb) và thiết bị nâng là khoảng 500 kg (1.100 lb).

Không như Thường Nga 4 được lắp một bộ gia nhiệt đồng vị phóng xạ để chịu được cái lạnh của đêm mặt trăng, quá trình hạ cánh và lấy mẫu của Thường Nga 5 cần diễn ra trong một ngày mặt trăng (dài khoảng 14 ngày Trái Đất). Toàn bộ nhiệm vụ kéo dài 23 ngày cho đến khi hạ cánh ở Tứ Tử Vương, Nội Mông, ngày 16 tháng 12 năm 2020. Các mẫu vật sau đó được chuyển đến các cơ sở chuyên dụng để xử lý, phân tích và cất giữ.[22]

Thiết bị khoa học

Xe tự hành đáp chứa những máy ảnh, một máy ảnh toàn cảnh, một máy quang phổ để xác định thành phần khoáng chất, một thiết bị phân tích khí đất, một dụng cụ phân tích thành phần đất, một máy dò nhiệt theo lớp, và một radar xuyên đất.[5][20]

Đế thu thập mẫu vật, xe được trang bị một cánh tay robot, một máy khoan đập-xoay, một muỗng múc mẫu vật, và các ống phân tách từng mẫu vật riêng lẻ.[20]